120噴油器針閥體進油孔用微型鉆孔動力頭及夾具設計論文

江南大學 畢業(yè)設計說明書 學科專業(yè) 機械制造及自動化 學生姓名 設計題目 噴油器針閥體進油孔用微型鉆孔動力頭及夾具設計 2003 年 5 月 8 日 1 摘要 目前，我國的汽車行業(yè)非常繁榮，大量的汽油機和柴油機裝在各種各樣的汽車中。油泵油嘴是柴油機的心臟，其功能是產(chǎn)生高壓，將液態(tài)柴油通過小噴孔霧化后，噴入柴油機氣缸燃燒，使熱能轉(zhuǎn)化為機械能。由于柴 油機的經(jīng)濟性、動力性優(yōu)于汽油機，所以柴油機的使用量大幅增加，不僅載重車使用柴油機，現(xiàn)代的轎車也開始采用柴油機，油泵油嘴的產(chǎn)量也相應提高。我國年產(chǎn)油嘴偶件 6000萬付，其中油嘴針閥體上的進油孔采用人工分級鉆孔，勞動強度大、效率低。針對這種情況，設計了油嘴針閥體進油孔鉆孔動力頭及夾具。動力頭主軸采用電機驅(qū)動，壓縮空氣推動進給，外接電子扭矩保護器，自動實現(xiàn)多次進給。針閥體進油孔加工夾具利用針閥體的中孔和端面定位，氣動夾緊，由氣動邏輯元件組成的控制氣路實現(xiàn)對工件的快速夾緊、工作進給、快速后退，提高了加工效率，保護了 刀具，并可組成自動生產(chǎn)線。通過對動力頭設計、夾具設計、氣路設計、電子扭矩保護器電路設計，使學到的機械、電子、液壓、數(shù)控機床等知識得到綜合運 用。 2 ABSTRACT Now, automobile profession in our country is very prosperous. The large quantitys gasoline engines and diesel engines have been packed in every kind of automobile. Fuel injection pumps and fuel injectors are the diesel engines heart； its function produces the high pressure. Pass the small spray hole and the liquid diesel should be atomized, and spray into the diesel engine cylinder and combustion, makes the thermal energy conversion to machine energy. Because the diesel engines power characteristics and economics surpass the gasoline engine. Therefore the diesel engines have great capacity. Not only heavy-duty automobiles use the diesel engines, but also the modern cars start adopting the diesel engines. Fuel injection pumps and fuel injectors thus have been exaltation. Our country produce fuel injectors 6000 ten thousand piece per year. Among them, the fuel inlet hole in needle valve body was drilled by the artificial method and divided by several stages. The labor strength is high, efficiency is low. Aim at this kind of circumstance, designed the mini device for drill the fuel inlet hole in needle valve body and tong. The principal axis of device was droved by electrical motor. The compressed air pushes the tool to work. And the electronics torque protector also has been used, automatically realizes drilling to many times. The tong of drilling the inlet fuel hole of needle valve body used the center hole of body and its plane to fix the position, and tighten the needle valve body by compress air. The control device comprised air logic components should realize quickly tightens, work to feed、 quickly retreat. Increased to process the efficiency. Protected the tools. And can constitute the automatic production line. Through power head design、 tongs design、 air line design、 the electronics torque protector design, make the machine knowledge、 electronics knowledge、 liquid press knowledge、 NC machine knowledge etc, have a synthesize application. 3 畢業(yè)論文目錄 一 前言 二 柴油機工作原理簡述 1、 柴油機工作過程 三、噴油器的工作原理和作用 四、動力頭設計 a) 動力頭工作原理介紹 b) 主軸轉(zhuǎn)速計算 c) 齒數(shù)強度校核 d) 傳動鍵的強度校核 e) 軸的強度及剛度計算 五、夾具設計 a) 夾具結(jié)構(gòu)說明 b) 定位誤差計算 六、氣路設計 1)簡述 2)氣動邏輯元件原理 3)氣路的工作原理 七、扭矩保護電路設計 1 引言 2 測速式扭矩保護的原理 3 具體設計方法 4 轉(zhuǎn)速的測量比較及控制電 路 八、微型進給鉆孔動力頭及鉆孔夾具設計總結(jié) 九、畢業(yè)設計總結(jié) 十、附錄 十一、參考文獻 4 一、 前言 汽車工業(yè)是我國的支柱產(chǎn)業(yè)，其發(fā)展前景相當廣闊。隨著國家對汽車節(jié)能、環(huán)保的要求 ,柴油機的使用量大幅度增加，而作為柴油機的心臟 油泵油嘴，其生產(chǎn)量更大，光油嘴偶件，我國年產(chǎn)量可達 6000 萬付，油嘴偶件包括針閥和針閥體。目前針閥體進油孔基本采用人工加工，即用臺鉆，人工分級鉆孔，二硫化鉬潤滑。此方法效率低、勞動強度大，每班產(chǎn)量只有 800 件。鑒于此，我們開發(fā)了微型動力頭，國內(nèi)尚無如此小型的動力頭，該動力頭用電機驅(qū)動，壓縮 空氣推動進給，扭矩保護，自動分級進給。實際使用表明效率高，安全?？山M成自動生產(chǎn)線。 二、柴油機工作原理簡述 1、柴油機工作過程 圖 1 是柴油機的示意圖，當活塞由上止點向下運動時，外界新鮮空氣由進氣門被吸入氣缸?；钊上轮裹c向上運動時，使進入氣缸內(nèi)新鮮空氣的溫度、壓力都有較大的升高。在接近上止點時，將霧化了的柴油從噴油器噴入氣缸內(nèi)與空氣混合，使柴油自行著火燃燒，放出熱量?；旌蠚獾臏囟群蛪毫眲∩?，燃燒氣體膨脹，推動活塞向下運動作功。由于往復運動所做的功，難以直接利用，故通過曲軸連桿把往復運動轉(zhuǎn)變?yōu)榛剞D(zhuǎn)運動后， 對外輸送，這就是柴油機把燃料的熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械功的簡單過程。為了使這種能量的轉(zhuǎn)變過程連續(xù)不斷地進行下去，在燃燒膨脹后，活塞到下止點又向上運動，將燃燒后的空氣從排氣門排出氣缸，為再次吸入新鮮空氣，進行下一個能量轉(zhuǎn)換過程作準備。由此可見，柴油機要完成一次能量轉(zhuǎn)換必須經(jīng)過進氣、壓縮、燃燒和排氣等 4 個工作過程，稱為一個循環(huán)。 圖 1 柴油機的示意圖 5 柴油機要完成進氣、壓縮、燃燒、排氣 4 個工作過程的方法有兩種：曲軸旋轉(zhuǎn)一周（即活塞兩個行程）完成一個循環(huán)叫做二沖程柴油機；曲軸旋轉(zhuǎn)兩周（ 即活塞四個行程）完成一個循環(huán)的稱為四沖程柴油機?，F(xiàn)代中、小功率柴油機四沖程占極大多數(shù)，二沖程用得很少；四沖程柴油機工作過程如圖 2 所示，圖中表示各個行程活塞、連桿、曲軸及氣門的相對位置。 圖 2 柴油機工作過程 第一行程 進氣行程 在活塞接近上止點時，排氣門關閉，進氣門打開，當活塞由上止點向下止點移動時，氣缸內(nèi)容積增大，壓力降低，新鮮空氣吸入氣缸。為了使氣缸內(nèi)能充入更多的新鮮空氣，提供足夠的氧氣，以保證柴油充分燃燒，活塞除了在上止點前進氣 門早開外，關閉也在下止點稍后，這就使進氣門有一個早開、晚關的規(guī)律。 第二行程 壓縮行程 由于曲軸的旋轉(zhuǎn)，活塞由下止點向上止點運動，進、排氣門都關閉，氣缸容積逐漸減少，空氣被壓縮，結(jié)果使氣體的溫度與壓力都有明顯上升，為燃油噴入氣缸后能迅速燃燒創(chuàng)造有利條件。 通常，空氣壓力為 3MPa 時，柴油的自燃溫度約為 300，為了確保燃油噴入氣后能迅速燃燒，選擇適當?shù)膲嚎s比，使實際過程在接近壓縮終了時，溫度要比柴油的自燃溫度（在 1at的空氣中輕柴油自燃溫度為 330350，自燃溫度隨壓力增高而降低）高得多，一般柴油機 壓縮后的氣缸壓力約為（ 3055）100KPa，溫度能升到 500750，這就遠遠超過了柴油的自燃溫度，使柴油噴入氣缸內(nèi)能迅速燃燒。 第三行程 燃燒膨脹行程 1 燃燒 柴油機活塞在上止點前噴油器開始噴油，噴入缸內(nèi)的燃油借壓縮終 6 了高溫空氣的熱量自燃 .燃燒開始進行得很快，產(chǎn)生大量熱量，使氣缸內(nèi)溫度，壓力急劇升高，當壓力到達最大值 Pz 后，燃燒繼續(xù)進行，但是活塞已由上止點向下移動，由于氣缸內(nèi)容積逐漸增大，所以氣體壓力的增長就不明顯了。在燃燒過程中，氣缸內(nèi)瞬時最高溫度可達 17002000左右，最大燃燒壓力 達 69MPa（有些增壓柴油機可高達 13MPa） 柴油機最大燃燒壓力 Pz 通常發(fā)生于上止點稍后，也就是指活塞已離開上止點，向下移動了一定距離，燃氣已有少量膨脹，一部分熱能開始轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械功。 2 膨脹 活塞到達上止點后，在燃燒壓力的推動下向下移動，過了最大燃燒壓力點，柴油機進入膨脹階段。氣缸容積增加，壓力和溫度隨之下降。在膨脹的初期，燃燒仍在繼續(xù)進行，這種燃燒稱為補燃。 第四行程 排氣行程 燃燒膨脹過程，活塞向下止點移動。為了使氣缸內(nèi)的廢氣盡可能排得干凈，排氣門在活塞到達下止點前提早開啟，部分廢氣就開始排出 氣缸。當活塞由下止點向上移動時，則廢氣在活塞的驅(qū)趕下迅速排出。活塞到達上止點，排氣尚未關閉。仍在利用下一循環(huán)進入氣缸的新鮮空氣，繼續(xù)掃除一部分廢氣。為了使廢氣能更多地排出氣缸，排氣門也同樣有早開晚關的規(guī)律，所以在排氣尚未結(jié)束，下一循環(huán)的進氣過程已經(jīng)開始。 三、噴油器的工作原理和作用 噴油器是柴油機燃油系統(tǒng)的重要部件之一，其主要作用是使燃油在一定的壓力下，以霧狀的形式噴入燃燒室，即讓液態(tài)的柴油在高壓下變成氣態(tài)，并合理分布，以便和空氣混合形成最有利于燃燒的可燃混合氣。 噴油器結(jié)構(gòu)及其工作原理 如圖 3 所示，噴油泵 壓出的高壓燃油經(jīng)過高壓油管、進油管接頭 4、濾清針 3通入噴油器體 9 的油孔及噴油嘴偶件 12 的進油孔 14，進入盛油槽 13 內(nèi)，具有壓力p 的柴油垂直方向作用于針閥的承壓錐面 A、 B 上，作用在 A、 B 面的軸向分力 py使針閥具有向上運動趨勢；而針閥上部有調(diào)壓彈簧的壓力 E，通過頂桿 10 壓在針閥上，阻止針閥向上運動。當 pyE 時，針閥在 py力的作用下，克服了調(diào)壓彈簧壓力 E 而向上運動，針閥座面就離開閥體座面，使盛油槽與噴油孔相通，這時，高壓燃油則從噴油孔以 7 圖 3 噴油器結(jié)構(gòu)圖 霧狀噴入燃燒室。開始頂開針閥時的燃油壓力稱為開啟壓力 po。經(jīng)一定時間后，盛油槽內(nèi)油壓迅速下降，當 py 小于調(diào)壓彈簧壓力 E 時，針閥落座，座面又起密封作用，使盛油槽與噴孔隔開，停止噴油，從開始噴油到停止噴油所經(jīng)歷的時間稱為噴油延續(xù)期。調(diào)壓螺釘 2 是用來調(diào)整調(diào)壓彈簧 8 的預緊力，當調(diào)壓螺釘向前擰進時預緊力加大，則開啟壓力加大，調(diào)壓螺釘向后退，則預緊力減小，開啟壓力也減小。針閥與閥體配合雖然十分精密，但因有相對運動，故總有一定間隙，通常這種間隙為 1 53um。由于間隙的存在 ，所以盛油槽中的高壓油會通過間隙慢慢向調(diào)壓彈簧端泄漏，最后通過回油管接頭 1 及油管流入油箱。鎖緊螺帽 7 用以緊固調(diào)壓螺釘，防止工作時松動而影響噴油開啟壓力及噴油壓力。 針閥和針閥體是一對精密偶件，配對使用，不可互換。隨著排放法規(guī)的日益嚴格，現(xiàn)代柴油機需要的噴油壓力越來越高，油嘴噴射壓力達 100MPa 以上，針閥體上的進油道需承受如此高的壓力，而且進油孔有粗糙度要求，又是細長孔，所以進油道的加工需由以往的人工鉆孔改為專機加工，為此我們設計了專門加工針閥體進油道的動力頭。 四、動力頭設計 a) 動力頭工作原理介紹。動力頭的 運動分旋轉(zhuǎn)動和進給運動。微型電機的輸出端裝有齒輪 Z1， 通過 Z1、 Z2、 Z3、 Z4，使傳動軸旋轉(zhuǎn)，傳動軸上 8 開有長槽，長槽里裝有傳動銷的一端，另一端與主軸相連，由傳動銷再驅(qū)動主軸旋轉(zhuǎn)。當氣缸里通入壓縮空氣時，活塞向前移動，活塞與主軸通過滾動軸承連接在一起，活塞移動，主軸產(chǎn)生進給運動。進給及后退行程由兩個微動行程控制，隨動桿上的擋塊可調(diào)節(jié)鉆孔的加工深度。 b) 主軸轉(zhuǎn)速計算 動力頭傳動見圖 4 已知 n1=6000rpm， Z1=35， Z2=45， Z3=28， Z4=52。 Z1 n1=Z2 n2， n2=Z1/Z2.n1 Z3 n2=Z4 n3， n2=Z4/Z3.n3 Z1/Z2.n1=Z4/Z3.n3 142313 nZZZZn 將 n1， Z1， Z2， Z3， Z4 代入上式求得 n2=4700rpm， n3=2512rpm c) 齒輪強度校核，本傳動系采用的是封閉式傳動，只需校核齒面接觸強度。 i. p=0.12kW， m=1 d1=mZ1=35mm d2=mZ2=45mm d3=mZ3=28mm d4=mZ4=52mm b3=14mm mNn PT 191.0955 011 86.12852343 ZZu mNn PT 2455.0955022 9 mNn PT 4584.0955033 從傳動系結(jié)構(gòu)知，只需校核 Z3 的齒面接觸強度即可 2）分度圓切向力 NdTFt 6.17200032 3）使用系數(shù) KA=1 （負荷均勻） 4）齒數(shù)公差精度 7 級 K1=26.8 K2=0.0193 動載系數(shù) Kv 22324111 0 0)(1 uuVZkbFKKKAV smndv /9.61 0 0 060 4 7 0 0281 0 0 060 23 2286.1186.11 0 09.628)0 1 9 3.0146.1718.26(1VK =1+21.3 1.932 0.88=37.2 5）齒向載荷分布系數(shù) KH =1 齒向載荷分配系數(shù) KH =1.2 6）材料彈性系數(shù) 2/190 mmNZE 節(jié)點區(qū)域系數(shù) ZH=2.5 接觸強度的重合度與 系數(shù) Z =1 7）試驗齒輪的接觸疲勞極限力（調(diào)質(zhì)鋼淬火， HRC.48 ，中等質(zhì)量要求） 8）接觸強度的壽命系數(shù) ZN=1 潤滑油膜影響系數(shù) ZLVR=0.98 工作硬化系數(shù) ZW=1 接觸強度計算的尺寸系數(shù)： Zx=1 10 接觸強度最小安全系數(shù) SHmin=1 9）齒面接觸強度 23/8 3 676.11 9 05.22.112.37186.1186.128146.1711 9 05.21mmNKKKKuubdFZZZHHVAtEHH 10）許用應力 2m i nl i m /98 01 1198.0110 00 mmNS ZZZZHXWL V RNHHP HPH 齒面接觸強度滿足使用要求。 d）傳動鍵的強度校核 本鍵聯(lián)接的主要失效形式是工作面的的壓潰和磨損（對于動聯(lián)接）。除非有嚴重的過載，一般不會出現(xiàn)鍵的剪斷。 設載荷為均勻分布，可得本鍵聯(lián)結(jié)的擠壓強度條件 4 pp dhlT 在本設計中使用的平鍵型號是 B3 12 （ GB1096-76） 結(jié)構(gòu)見圖 5 d= 10， b=3， h=3， l=12 由設計手冊查得平鍵的許用擠壓壓力 p=110N/mm2 11 2/512310 1 0 0 04 5 8 4.04 mmNp pp 選用的平鍵滿足使用要求 e）軸的強度及剛度計算 1） 軸的強度及剛度計算 在動力頭中，傳動軸只傳遞轉(zhuǎn)矩，而且是圓截面，其直徑 d=10mm，其強度條件 PZT 33 2002.0 mmdZ P 2/3.22 0 0 1 0 0 04 5 8 4.0 mmN 傳動軸的材料為軸承鋼 GGr15，由手冊查得 =60N/mm2 ，滿足強度要求。 2） 傳動軸為細長軸，其細長比為 267/10=26.7，需對其進行剛度計算， 鋼的切變模量 G=8 104N/mm2，軸在全長上的扭轉(zhuǎn)角不得超過 0.8， 即 = 0.8 04244 089.01014.3108 18010002674584.03218032 dG Tl ，軸的剛度滿足使用要求。 綜上所述，設計的 傳動軸滿足了強度和剛度的要求。 五、夾具設計 a)夾具結(jié)構(gòu)說明 油嘴針閥體在加工進油孔前已加工好中孔（ 6）及端面，根據(jù)這種條件，用 6 的中孔及端面定位。 2 的進油孔為細長孔，為保證孔的位置精度及防止刀具在切入后引偏或折斷，采用了鉆模板，由于鉆模板較小，為降低成本，就直接在鉆模板上打 2 的孔，使模板與鉆套成為一體，并進行淬火處理（ HRC45 50），以提高耐磨性。為便 12 于排屑，又不影響鉆套的導向作用，鉆摸板與工件間留有 2 毫米的排屑間隙。針閥體裝在定位銷上，由氣動夾緊。 b)定位誤差計算 各零件尺寸見圖 6 )(6 05.0 01.0 針閥體中孔尺寸 )(6 01.0 021.0 定位銷尺寸 )(04.05 孔的距離鉆摸板定位銷孔與導向 針閥體與定位銷單邊接觸 兩中心線的最大偏差 0 3 6.0)0 2 1.005.0(21m ax 兩中心線的最小偏差 0)01.001.0(21m i n 實際加工后中孔與進油孔的距離為 04.0076.00 036.0 5)(04.05 L 零件要求針閥體中孔與進油孔的距離為 5 0.1，由此可知，設計的夾具滿足 零件的加工要求。 六、氣路設計 13 1）簡述 氣源采用壓縮空氣。夾緊缸用于夾緊工件，進給缸用于動力頭的進給運動。整個氣路由氣動邏輯元件，二位四通閥、節(jié)流閥、夾緊缸、進給缸組成，實現(xiàn)快速夾緊、工作進給，快速后退。 2）氣動邏輯元件原理 （ i） 雙穩(wěn)元件 QLJ-106 當控制端輸入信號 a 時，氣源便由 p 通 S1， 而 S2 與排氣孔 O 相通。此時雙穩(wěn)處于“ 1”狀態(tài)。 在 a 信號消失后，另一控制端的輸入信號 b 到來之前， 閥芯總是保持在右端位置，氣源從 S1 輸出。當控制 端有信號 b 時，閥芯 被推向左端， 此時氣源便由 P 通 S2，而 S2 與排氣孔 0 相通。于是雙穩(wěn)處于 0 狀態(tài)。在信號 b 消失后，閥芯仍穩(wěn)在左端，氣源仍從 S2 輸出。實現(xiàn)了雙穩(wěn)功能。見真值表 （ ii） 常通可調(diào)延時元件 QLJ-203 它由一非門元件，一單向元件，一個可調(diào)節(jié)流孔和一氣室組成。接通氣源 P 后， S 即有輸出。當有信號 a 是時，氣流經(jīng)可調(diào)節(jié)流孔向氣室充氣，當 氣室內(nèi)壓力經(jīng)延遲一定時間達到動作壓力時，再關斷輸出 S。即常通有信號后延時關斷。如信號 a 消失，氣室中氣體經(jīng)單向閥快速排氣，氣源 P 與輸出 S 恢復接通狀態(tài)。 a b S1 S2 1 0 1 0 0 0 1 0 0 1 0 1 0 0 0 1 14 （ iii）或非元件 QLJ-104 當 a,b 都無信號時， S 有輸出 當 a,b 任一個有信號或都有信號時， S 無輸出。 見真值表 （ iiii）或元件 QLJ-103 原理與 QLJ-104 相反。 見真值表 3）氣路的工作原理 沒有進給信號時，在氣壓的作用下，兩只缸處于原始狀態(tài)。當進給信號發(fā)出后， S1 通氣，二位四通閥動作，夾緊缸快速夾緊工件，同時常通延時元件 a 有信號，經(jīng)延時， S 斷開，或非元件 S 通氣，另外一個二位四通閥工作，在節(jié)流元件的作用下，氣缸緩慢進給。若鉆頭在進給過程中，當轉(zhuǎn)速低于設定的轉(zhuǎn)速時，則產(chǎn)生扭矩保護信號， QLJ-103 的輸出端 S 通氣， QLJ-104 輸出端斷氣，二位四通閥使進給氣 缸快速后退，排出鐵屑等。當轉(zhuǎn)速高于設定的轉(zhuǎn)速時，扭矩保護信號消失， QLJ-103 的輸出端 S 斷氣， QLJ-104 輸出端通氣，二位四通閥又使氣缸產(chǎn)生工作進給。當鉆孔深度達到圖紙要求后，主軸上的擋塊碰到常斷微動行程閥，QLJ-103 的 b 端通氣，雙穩(wěn)元件 QLJ-106 的 b 端有信號， S2 通氣，二位四通閥使夾緊氣缸快速后退，與此同時， QLJ-203 的 a 無信號， S 通氣， QLJ-104 的 S端斷氣，二位四通閥使進給氣缸快速后退，當隨動桿退到與常通微動行程閥相碰時，氣缸活塞停止后退。由此就實現(xiàn)了快速夾緊、工進、快速后退的動能， 完成a b S 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 a b S 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 15 零件的加工。當下一個進給信號到來時，重復以上動作。 七、扭矩保護電路設計 1 引言 在機械加工行業(yè)中，經(jīng)常會碰到一些需要進行扭矩保護的情況。例如在鉆削加工中，尤其是油泵油嘴行業(yè)中，涉及到一些細長孔的加工，由于加工的孔長徑比較大，鉆削時鐵屑不易排出，所以利用一般的鉆床加工很容易使鉆頭斷在工件中，導致工件報廢，影響生產(chǎn)效率。這種加工以前在實際中主要靠熟練工人的經(jīng)驗來保證，即工人憑手上的感覺去判斷鉆頭在工件中受阻的情況。當阻力大時，工人會抬起鉆頭，排出鐵屑，然后再往下鉆，如此，各次循環(huán)，直至孔鉆到要求為止，這 樣在連續(xù)生產(chǎn)中，工人平均每天手動抬起、按下鉆頭約幾千次，勞動強度很大，且僅憑經(jīng)驗也很難保證不出廢品。而且生產(chǎn)效率也比較低。鑒于這種情況，很多科技工作者就想設計一種自動鉆床來替代這種繁鎖的手工操作，也即通過實時測量鉆頭在鉆削過程中受阻的情況，當測到受阻達到某一設定的臨界值時，就通過一裝置控制鉆頭繼續(xù)鉆削，如此往復。這里實時監(jiān)測鉆頭受阻的情況也就是要敏感鉆頭的受扭矩的變化，當受扭矩達到某臨界值（通過試驗獲得）時，就得使鉆頭退回，否則就會斷鉆頭?，F(xiàn)在基于這種構(gòu)思的自動鉆床已有產(chǎn)品，但現(xiàn)有的產(chǎn)品中其扭矩保護一般都是 用扭矩傳感器來直接敏感鉆頭受扭矩的情況，然后由一套電路及單片機等來判斷處理。這種處理方法一般使機床的造價提高很多，且結(jié)構(gòu)較大。另外由于所用的扭矩傳感器常用到彈性元件，時間長了這種彈性元件會產(chǎn)生永久變形，導致靈敏度降低。從而使保護失敗。為此我們開發(fā)了一種實用的低成本并且可靠性很好的測速式扭矩保護裝置。 2 測速式扭矩保護的原理 如引言中所述，一般要進行扭矩保護的場合，常通過扭矩傳感器來直接敏感扭矩的變化，而在鉆削加工中，如仍采用這種方法，就顯得復雜。測速式扭矩保護的原理是：通過測量被保護主軸的轉(zhuǎn)速來間接獲得其 扭矩變化的情況，從而達到監(jiān)測其扭矩并保護的目的。具體而言即為：一般鉆床中主軸都是通過皮帶輪由皮帶與電機主軸相連，因此鉆削時，鉆頭受阻，所受扭矩增大，主軸轉(zhuǎn)速就會降低，只要敏感到主軸轉(zhuǎn)速的變化，也就可間接獲得鉆頭扭矩的變化。這里利用光電傳感器來測量主軸轉(zhuǎn)速，當轉(zhuǎn)速下降到臨界值（預先設定）時，即由控制電路發(fā)出一信號，使鉆頭抬起從而起到扭矩保護的作用。下面將以一種分級進給的動力頭為例來具體闡述其實現(xiàn)方法。 16 3 具體設計方法 分級進給動力頭是一種實用的加工細長孔的裝置。其原先的設計方法是定時辦法來控制鉆頭鉆動作及退動 作。由氣動邏輯電路來定時，使鉆頭每次鉆一定時間（設為 t）就退回，排出鐵屑，冷卻后再鉆。這種方法也簡便易行。但由于實際鉆削時，工件材質(zhì)不同，孔的尺寸不一樣，而且即使對同一零件，由于開始鉆時，鐵屑排出容易，而越往深處鉆，就越困難，因此，要定出一個折中的 t 比較困難，定長了，可能扭矩已大到斷鉆頭時還沒發(fā)出鉆頭退回的控制信號，定短了則來回動作次數(shù)增加，效率降低。鑒于這種情況，適宜采用筆者前面所述的轉(zhuǎn)速臨界值，與零件材質(zhì)，待加工孔的尺寸等都無關，而只要根據(jù)試驗定出，對一特定鉆頭，當其轉(zhuǎn)速下降多大時其扭矩已達到極限即可。 由此根據(jù)起始轉(zhuǎn)速定出保護的下限轉(zhuǎn)速值就可以了。實際工作時，每當轉(zhuǎn)速下降到這臨界值即控制電磁閥動作，使鉆頭退回。這樣既能可靠地保護鉆頭不出廢品，又可提高工效。 4 轉(zhuǎn)速的測量比較及控制電路 主軸的轉(zhuǎn)速由霍爾傳感器來測量，霍爾傳感器測速電路如圖 1 所示，其中磁鋼用膠水粘在齒輪 Z4 上的 4 沉孔里，霍爾傳感器安裝在動力頭的后蓋上。當齒輪 Z4 隨主軸轉(zhuǎn)動時，霍爾傳感器的輸出點 A 處就產(chǎn)生脈沖，其頻率對應于主軸的轉(zhuǎn)速。由于在鉆削加工時，主軸轉(zhuǎn)速一般都為 20002500r/min,轉(zhuǎn)速很高，故常采用頻率法測轉(zhuǎn)速，由時基電路產(chǎn) 生一基準時基，設周期為 T1，如在 T1 時間內(nèi)測轉(zhuǎn)速脈沖數(shù)為 n1,則每分鐘主軸轉(zhuǎn)速為（ n1 60） /（ T1），實際中 T1 為定值，則 n1 即對應于實際轉(zhuǎn)速。 如圖 2 為時基產(chǎn)生電路，其中晶振為 100kHZ。 圖 3 為轉(zhuǎn)速測量、比較及結(jié)果控制電路，由時基產(chǎn)生的時基脈沖信號與轉(zhuǎn)速信號同時輸入一與非門，其輸出接計數(shù)器（低位）的脈沖輸入端。其中轉(zhuǎn)速計數(shù)值 n1 由 4 片串聯(lián)的十進制計數(shù)器 4518 來完成， 4 片 4518 的輸出分別為 n1 值的千、百、十、個位，該計數(shù)值在每次計完時由 4 片 4042 鎖存到 BCD 比較器 4585的一路輸入端， 4585 的另一路輸入端接 4 片拔碼盤，即 n1 為 A，由拔碼盤設定的值為 B。當 AB 時，說明轉(zhuǎn)速大于設定值，此時 AB 輸出無效，當有一次采樣到 A 值小于 B 時，說明鉆頭轉(zhuǎn)速已下降到低于設定值，即此時所受扭矩較大，則輸出 AB 立即有效，控制電磁閥動作使鉆頭退回，一旦鉆頭退回，帶出鐵屑， 17 并冷卻，則轉(zhuǎn)速又升高。這樣轉(zhuǎn)速測量電路中計到的 n1 也增大，則輸出 AB 又無效，此時則又可控制鉆頭作下一次鉆削動作。圖中 4528 用來產(chǎn)生時間延遲，其基準信號也來自時基信號，當 T1 的下降沿來到時，即控制 4042 進行信號鎖存，在此信號基礎上延時 t1 后控 制 4518 的清零端對 4 片 4518 進行清零，以便下一次計數(shù)仍從零開始。 以上部分詳細介紹了測速式扭矩保護的原理，設計方法，并通過實際應用例子講述了其應用。這種方法在其他一些類似的需進行扭矩保護的地方也可應用。 八、微型進給鉆孔動力頭及鉆孔夾具設計總結(jié) 微型分級進給鉆孔動力頭的研制，經(jīng)過三次改進，最終完成研制工作，研制工作分以下四步進行： 1、按原方案，采用進給氣缸推進、 60W 單相串激式電機驅(qū)動主軸，隨動氣缸控制每次工進的起點，氣動延時元件控制控制每次工進的持續(xù)時間，完成分級進給。第一輪樣機完成后，進行了切削試 驗，用 GCr 冷拉園鋼做試樣，鉆孔直徑 1.7，鉆孔深度 24（相當于長型孔式油嘴進油孔的尺寸），冷卻液為普通乳化液，由于電機功率不足，而且串激式電機扭矩特性較軟，切削時轉(zhuǎn)速迅速下降，工進速度必需控制得較低，而且每次進給深度很小就必須退回，鉆一個孔需進給二十多次，耗時約三分鐘。 2、將電機換成 120W 三相電機，鉆孔時轉(zhuǎn)速沒有明顯下降，鉆一個孔進給十多次，耗時約一分半鐘。 3、隨著鉆頭進入工件深度的增加，排屑逐漸困難，切削扭矩增大，分級進給最后一次工進時切削 扭矩最大，鉆頭最容易折斷，因此所允許的切削深度也最小，但由于采用氣動延時元件控制控制每次工進的持續(xù)時間，每次工進深度是固定的，為了保證鉆頭不折斷，只能按最后一次工進所允許的切削深度確定每次工進的持續(xù)時間，這樣造成過多的進給次數(shù)和過多的往復空行程，因此耗時較多。為克服這個缺陷，將氣動延時元件取消，增加一個自行研制的扭矩保護器，其工作原理是在齒輪 Z4 上加一個磁鋼，齒輪室蓋上裝一個轉(zhuǎn)速傳感器 ,該傳感器是一只霍爾開關傳感器，屬半導體傳感器，半導體材料有一個重要特性是對光、熱、力、磁、氣體、濕度等物理量的敏感性，利用 半導體材料的這些特性，作為非電量電測的轉(zhuǎn)換元件，半導體傳感 18 器具有許多明顯的特點，通?？芍瞥山Y(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕的器件，它們的功耗低、安全可靠、壽命長，對被測量敏感，響應快，易于實現(xiàn)集成化。但它們的輸出特性一般是非線性的，常常采用線性化電路，受溫度影響大，須采用溫度補償措施。霍爾傳感器就是利用半導體材料的磁敏特性來工作的傳感器，霍爾元件是一種半導體磁電轉(zhuǎn)換元件，一般由半導體制成，當霍爾元件置于磁場中，如果對應端通入電流，另外對應端就出現(xiàn)電位差，當磁場發(fā)生變化時，電位也相應變化，這種現(xiàn)象稱為霍爾效應。而用霍 爾元件制成的轉(zhuǎn)速傳感器利用了半導體的開關特性，充分發(fā)揮了半導體的優(yōu)點，半導體的缺點對傳感器沒有影響。由霍爾傳感器產(chǎn)生的轉(zhuǎn)速信號送入轉(zhuǎn)速比較器，工進時隨著切削深度的增加，切削扭矩增大，轉(zhuǎn)速逐減下降到某一設定轉(zhuǎn)速時，轉(zhuǎn)速傳感器發(fā)出信號使主軸后退。設定轉(zhuǎn)速由轉(zhuǎn)速比較器上的數(shù)碼撥盤人為設置。采用這種扭矩保護器后鉆 1.7的孔耗時約一分，鉆 2 24的孔（相當于現(xiàn)生產(chǎn)的長型孔式油嘴進油孔尺寸）耗時約 40 秒。 4、為了進一步提高效率，將主軸轉(zhuǎn)速由 2000 轉(zhuǎn) /分提高到 2500 轉(zhuǎn) /分，鉆 2 24 的孔耗時約 26 秒。 該動 力頭如用于油嘴進油孔專機，四個頭裝在一個床身上，一人操作，每班工作 6.5 小時，單班產(chǎn)量為 3000 件，現(xiàn)在人工用臺鉆班產(chǎn)量為 1000 件，而且必須加清洗二硫化鉬的工序。該動力頭如用于油嘴定位孔專機，三個頭裝在一個床身上，一人操作，每班工作 6.5 小時，單班產(chǎn)量為 4000 件，現(xiàn)在人工用臺鉆班產(chǎn)量為 800 件。以上兩臺專機適合較大的油泵廠使用。也可將進油孔工序和定位孔工序裝在一臺專機上，兩個頭鉆進油孔，一個頭鉆定位孔，適合較小